深井軟巖煤巷兩種不同參數下的支護效果比較

摘 要：隨著煤礦開采深度的進一步加深，深井軟巖煤巷支護問題日益突出，已成為制約礦井安全高效生產的一個難題。本文通過對某礦1262(1)深井軟巖煤巷在兩種不同支護參數下支護效果的比較分析，提出了通過升級支護產品，提高單位面積支護強度，充分利用圍巖自身形成整體支護機構，是可以實現深井軟巖巷道支護長期穩定。
關鍵詞：深井，軟巖，煤巷，支護效果
隨著國內資源需求量的不斷增長，礦井開采不斷向深度加深，深井軟巖煤巷支護問題日益突出，已成為制約現代化礦井安全高效生產的一個難題。原有的支護方式及支護強度已很難適應深井軟巖煤巷的變形特征，無法有效控制巷道圍巖的變形破壞，大多數深井軟巖煤巷只有通過多次修復才能滿足生產，而重復修復無形中大大增加了礦井的生產成本。因此深入研究安全經濟適合深井軟巖煤巷的支護方式已刻不容緩。
1. 工程背景
1262(1) 煤巷埋深-900m 左右，走向長2677m，傾斜長253m，1262(1) 煤巷所在工作面主采煤層為11-2 煤，其平均厚2.6m，平均傾角3°左右，由東北向西南煤層有增厚趨勢，煤層自身強度較低。巷道頂底板均為泥巖，且各發育一煤線。預計掘進區域頂板砂巖正常涌水量為18m3/h，最大涌水量為30m3/h，11-2 煤瓦斯含量平均約5.03m3/t。地溫平均為44.9oC。

2. 兩種不同支護參數為保證巷道后期留巷及滿足通風、行人等要求，結合巷道圍巖地質條件，兩種支護參數下巷道都緊跟11-3煤層頂板施工，巷道采用矩形斷面，斷面尺寸為：凈寬×凈高=5.0m×3.0m。
2.1 方案一
（1）巷道頂板采用7 根Ф20×2500mm 的20MnSi 左旋無縱筋螺紋鋼高錨桿加4.8m 長的平鋼帶，錨桿間排距750× 800mm；
（2）巷道兩幫采用4 根Ф18×2200mm 專用螺紋鋼左旋超錨桿加2.8m 長平鋼帶支護，錨桿間排距：920mm×800mm，。
（3）每2 排錨桿布置一套Ф18×7300mm 的錨索梁，錨索間排距2000×800mm；
（4）巷道采用鐵絲菱形金屬網護表；
（5）每根錨桿采用1 支K2360 和1 支Z2380 藥卷加長錨固，預緊力不低于50kN，錨固力不低于100kN；錨索采用1支K2360和2支Z2380樹脂藥卷加長錨固，預緊力不低于80kN，錨固力不低于200 kN。

2.2 方案二
（1）巷道頂板采用7 根Ф22-M24-2800mmIV 級左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預拉力錨桿加4.8m 長的M5 型鋼帶，錨桿間排距：750mm×800mm；

（2）巷道兩幫采用5 根Ф20-M22-2500mm 左旋錨桿專用螺紋鋼高強預拉力錨桿加2.8m長M4 型鋼帶支護，錨桿間排距：650mm×800mm。
（3）每2 排錨桿之間偏相鄰的工作面煤體側位置布置一套高預應力錨索梁，距回采工作面煤體側布置一套走向高預應力錨索梁錨索鉆孔，錨索規格Φ17.8×7.3m
（4）巷道采用鋼塑復合網護表；
（5）頂幫破碎處，施工3-4根單體錨桿加強，采用加長錨固方式。
（6）點柱：每兩排錨桿在巷道頂板中間位置
（7）每根錨桿采用兩節Z2360型中速樹脂藥卷加長錨固，預緊力不低于60kN，錨固力不低于120kN；錨索采用三節Z2360中速樹脂藥卷加長錨固，預緊力不低于80kN，錨固力不低于200kN。

3. 支護效果對比分析
采取方案一中參數進行支護時，巷道頂變形嚴重，三天之內兩幫相對位移量達到了1.3m左右，頂底板相對位移量1.6m，其中頂板下層量達到了0.21m，根本不能保證施工安全，更不用說后期的使用和留巷，巷道只施工了約30m 左右就改為加棚支護。后來煤巷采用方案二中參數進行支護，巷道頂底板及兩幫相對位移量大約經過20d左右趨于穩定，其變形曲線如圖4、圖5 所示。巷道頂板在超高強預應力錨桿錨索約束條件下其下沉量幾乎為零，兩幫相對位移量基本沒有，巷道變形主要表現為底鼓，底鼓量約為230mm，其巷道完全可以在不用修復下滿足安全使用要求。兩種支護參數下巷道支護效果相差如此之大，具體分析主要有三個原因：
（1）從支護材料上講，方案一采用的是20MnSi 左旋無縱筋螺紋鋼高錨桿和平鋼帶，方案二中采用的是左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預拉力錨桿和M 型鋼帶[3]。方案二種的支護材料是煤巷錨桿的升級產品，剛度強度和延伸率都高于一般的支護材料，且其能更好的適應深井高地壓軟巖巷道的變形特征；

（2）方案一的錨桿長度小于方案二中所采用的錨桿，而實測巷道松動圈[4]為2.3m 左右，因此方案一中錨桿有效的錨固范圍在巷道開挖引起的圍巖破碎帶內，且施工時要求的預緊力較低，雖然能夠在巷道周邊利用圍巖本身形成一點承載結構，但無法有效約束深部巷道圍巖由彈性區向破碎區轉變，因此就無法有效約束巷道整體變形；
（3）兩種支護參數提供的支護強度不同。方案一是采用的一般錨梁索網支護，方案二采用的是超高強預應力組合錨桿支護[5]。不論是從鋼帶的強度和剛度上，還是從錨桿錨索所能提供的約束力上，方案二都優于方案一很多。同時相關研究表明對于深井軟巖煤巷，超高強預應力組合錨桿支護能夠及時提供更高的支護強度，使圍巖本身更容易形成承載結構，從而達到有效限制巷道圍巖變形的目的。
4. 結論
通過以上對比分析可知，對于深井軟巖煤巷支護，只有通過升級支護產品，提高單位面積內的支護強度，運用超高強預應力組合錨桿支護，同時采用超高強預應力錨索梁來強化頂板，降低兩幫應力集中程度，充分調動圍巖自身承載能力形成承載結構，才能夠實現深井軟巖煤巷長期穩定。